Tyrosin


Tyrosin

Strukturformel
L-Tyrosin   D-Tyrosin
L-Tyrosin (links) und D-Tyrosin (rechts)
Allgemeines
Name Tyrosin
Andere Namen
  • L-(−)-Tyrosin
  • (S)-(−)-Tyrosin
  • D-(+)-Tyrosin
  • (R)-( +)-Tyrosin
  • p-Hydroxyphenylalanin
  • 2-Amino-3-(4-hydroxyphenyl)-propionsäure
  • 2-Amino-3-(4-hydroxyphenyl)-propansäure
  • Abkürzungen:
Summenformel C9H11NO3
CAS-Nummer
  • 60-18-4 (L-Tyrosin)
  • 556-02-5 (D-Tyrosin)
PubChem 6057
DrugBank NUTR00059
Kurzbeschreibung

farblose, seidig glänzende Nadeln[1]

Eigenschaften
Molare Masse 181,19 g·mol−1
Dichte

1,46 g·cm−3 (25 °C)[2]

Schmelzpunkt

342–344 °C (Zersetzung)[1]

pKs-Wert
  • pKCOOH: 2,20[3]
  • pKNH2: 9,11[3]
  • pKPh-OH: 10,07[4]
  • pI: 5,66[4]
Löslichkeit
  • leicht löslich in Säuren und Laugen[1]
  • schwer löslich in Wasser (0,38 g·l−1 bei 20 °C)[2]
  • unlöslich in Ethanol, Ether und Aceton[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze [2]
LD50

5110 mg·kg−1 (Maus, peroral)[5]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Tyrosin (abgekürzt Tyr oder Y) ist in seiner natürlichen L-Form eine nichtessentielle α-Aminosäure, die in den meisten Proteinen vorkommt („proteinogen“). Tyrosin ist Ausgangssubstanz für die Biosynthese von DOPA, Dopamin, Katecholaminen, Melanin, Thyroxin und Tyramin. Die Biosynthese erfolgt in vielen Tieren aus der essentiellen Aminosäure Phenylalanin, eine Beeinträchtigung dieses Weges kann vielfältige Defekte auslösen.

Vorkommen

L-Tyrosin wurde erstmalig aus Käse (gr. τυρός, tyros, ‚Käse‘) isoliert, daher leitet sich auch der Name ab, es kommt in großen Mengen im Casein vor.

Die folgenden Beispiele geben einen Überblick über Tyrosingehalte und beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil von Tyrosin am Gesamtprotein angegeben:[6]

Lebensmittel Gesamtprotein Tyrosin Anteil
Schweinefleisch, roh 20,95 g 0 797 mg 3,8 %
Hähnchenbrustfilet, roh 21,23 g 0 765 mg 3,6 %
Lachs, roh 20,42 g 0 759 mg 3,7 %
Hühnerei 12,56 g 0 499 mg 4,0 %
Kuhmilch, 3,7 % Fett 0 3,28 g 0 158 mg 4,8 %
Kürbiskerne 30,23 g 1093 mg 3,6 %
Walnüsse 15,23 g 0 406 mg 2,7 %
Weizenmehl 10,33 g 0 312 mg 3,0 %
Mais-Vollkornmehl 0 6,93 g 0 282 mg 4,1 %
Reis, ungeschält 0 7,94 g 0 298 mg 3,8 %
Sojabohnen, getrocknet 36,49 g 1539 mg 4,2 %
Erbsen, getrocknet 24,55 g 0 711 mg 2,9 %

Alle diese Nahrungsmittel enthalten praktisch ausschließlich chemisch gebundenes L-Tyrosin als Proteinbestandteil, jedoch kein freies L-Tyrosin.

Eigenschaften

als Monomer

Abhängig vom pH-Wert kann Tyrosin als „inneres Salz“ bzw. Zwitterion vorliegen. Das Proton der Carboxygruppe lagert sich hierbei an das freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms der Aminogruppe an:

Zwitterionen von L-Tyrosin (links) bzw. D-Tyrosin (rechts)

Im elektrischen Feld wandern Zwitterionen nicht, da sie nach außen hin ungeladen sind. Der isoelektrische Punkt, der pH-Wert abhängig ist, liegt für Tyrosin bei pH = 5,66; bei diesem pH-Wert ist Tyrosin in Wasser am wenigsten löslich.

Isoliertes L-Tyrosin fluoresziert – wie viele andere aromatische Verbindungen – bei Anregung mit UV-Licht.

in Proteinen

L-Tyrosin ist während der Translation für den Aufbau vieler Proteine erforderlich.

Eine besondere Bedeutung hat das L-Tyrosin in Proteinen, die an Signaltransduktionsprozessen beteiligt sind. Es fungiert als Empfänger von Phosphat-Gruppen, die durch Proteinkinasen (sog. Rezeptor-Tyrosinkinasen) übertragen werden und das Zielprotein in seiner Aktivität verändern.

Eine wichtige Rolle spielt es auch in der Photosynthese, indem es im Photosystem II als Elektronendonor das oxidierte Chlorophyll reduziert. Es verliert hierbei zunächst das Proton seiner phenolischen OH-Gruppe, wird zu einem neutralen Radikal und wird dann vom im Photosystem II befindlichen vierkernigen Mangancluster wieder reduziert.

Metabolismus

Biogenese

Pflanzen und die meisten Mikroorganismen synthetisieren Tyrosin über den Shikimisäureweg.

Im tierischen Organismus entsteht Tyrosin durch Biopterin-abhängige 4-Hydroxylierung am Phenylring von L-Phenylalanin. Das diese Reaktion katalysierende Enzym ist die Phenylalaninhydroxylase[7], eine Monooxygenase. Dabei wird ein Sauerstoffmolekül (O2) benötigt und bei dieser Reaktion entsteht ein Wassermolekül (H2O).[8] Das Vorprodukt, die essentielle Aminosäure L-Phenylalanin, wird mit der Nahrung aufgenommen

In Folge einer Phenylketonurie (PKU) kann es zu einem Mangel an L-Tyrosin kommen. Über Nahrung aufgenommenes L-Phenylalanin kann dabei nicht korrekt in der para-Stellung hydroxyliert werden, sodass kein L-Tyrosin aus Phenylalanin gebildet werden kann. In diesem Fall muss L-Tyrosin dem Körper zugeführt werden.

Präkursor

Tyrosin kann als Ausgangsstoff (Präkursor) für andere benötigte Stoffe dienen:

  1. Die Bildung der Schilddrüsenhormone L-Triiodthyronin (T3) und L-Thyroxin (T4) im Colloid der Schilddrüse beruht auf Tyrosin-Untereinheiten
  2. Decarboxylierung durch das Enzym Tyrosin-Decarboxylase ergibt das biogene Amin Tyramin.
  3. Eine Hydroxylierung mit Hilfe des Enzyms Tyrosinhydroxylase (in Melanozyten häufig über das Enzym Tyrosinase) führt zum Neurotransmitter DOPA.

DOPA ist wiederum Präkursor für Neurotransmitter oder Melanin. Besonders im Nebennierenmark erfolgt über das Enzym Aromatische-L-Aminosäure-Decarboxylase die Produktion der katecholen Neurotransmitter Adrenalin und Noradrenalin, welche bei Bedarf an das Blut abgegeben werden. Die Produktion von Dopamin aus DOPA erfolgt membranständig durch Nervenzellen. Melanin wird insbesondere von Melanocyten der Haut und Haare sowie durch Pigmentzellen der Augen aus DOPA hergestellt und eingelagert.

Pathophysiologie

Bei nitrosativem Stress wird aus Peroxinitrit und Tyrosin mittels nukleophiler aromatischer Substitution Nitrotyrosin gebildet. Nitrotyrosin dient in der Labordiagnostik als Biomarker für nitrosativen Stress beziehungsweise Apoptose (programmierter Zelltod).[9]

Abbau

Der Abbau von L-Tyrosin (para-Hydroxyphenylalanin) beginnt mit einer α-Ketoglutarat-abhängigen Transaminierung durch die L-Tyrosin-Transaminase[10] zu p-Hydroxyphenylpyruvat.

Den nächsten Schritt katalysiert die p-Hydroxylphenylpyruvat-Dioxygenase[11] unter Einbau von Sauerstoff und Abspaltung von CO2 zum Homogentisat (2,5-Dihydroxyphenyl-1-acetat). Um den aromatischen Ring des Homogentisats zu spalten, wird eine weitere Dioxygenase, die Homogentisat-Oxigenase[12], benötigt. Dabei entsteht durch Einlagerung eines weiteren O2-Moleküls das Maleylacetacetat.

Mit der Maleylacetacetat-cis-trans-Isomerase[13] entsteht in diesem Fall Fumarylacetat durch Rotation der durch Oxidation (aus der Hydroxylgruppe) entstanden Carboxygruppe. Diese cis-trans-Isomerase enthält Glutathion als Koenzym. Fumarylacetacetat kann schließlich durch die Fumarylacetacetat-Hydrolase durch Wassereinlagerung gespalten werden.

Dabei werden Fumarat (auch ein Metabolit des Citrat-Zyklus) und Acetacetat (Butan-(3)-on-Säure) frei. Acetacetat ist ein Ketonkörper, welcher mit Succinyl-CoA aktiviert wird, und danach in zwei Moleküle Acetyl-CoA (für Citratzyklus und Fettsäuresynthese) umgesetzt werden kann.

Der Abbau des L-Tyrosins in Acetacetat und Fumarat. Für den Abbauweg werden zwei Dioxygenasen benötigt. Die Endprodukte können in den Citratzyklus einfließen.

Anwendungen

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Zuführung von L-Tyrosin als Substitutionstherapie oder Supplementation bei Mangel, z. B. bei Phenylketonurie, da ansonsten eine Unterproduktion von Melanin (Albinismus) und L-Thyroxin (Kretinismus) resultiert. Zudem können Probleme bei der Herstellung von Katecholaminen bestehen.

L-Tyrosin wird oftmals auch als Nahrungszusatz bzw. Nahrungsergänzungsmittel bei intensivem Muskeleinsatz vor allem bei Sportlern in Form von Gelatine-Kapseln dem Körper zugeführt.

Zugeführte Neurotransmitter können Stimmungslagen beeinflussen. Die beiden Aminosäuren Tyrosin und Phenylalanin können zu den Neurotransmittern DOPA, Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin umgewandelt werden. Zugeführtes Tyrosin ist im Gegensatz zu den funktionsfähigen Neurotransmittern länger beständig und kann die Blut-Hirn-Schranke besser überwinden (Dopamin kann sie nicht überwinden) und dort nach Metabolisierung wirksam werden; Tyrosin gilt daher als Prodrug. L-Tyrosin wird wie L-Phenylalanin auch als mildes, natürliches Antidepressivum eingesetzt. Zur Behandlung schwerer Depressionen ist L-Tyrosin allein nicht geeignet.

Tyrosin wird in einigen Fällen auch als unterstützender Bestandteil eines Alkoholentzuges eingesetzt. Durch die stimulierende Wirkung fühlt sich der Patient weniger niedergeschlagen und es vermindert das Verlangen nach Alkohol. Während es tagsüber stimmungsaufhellend wirkt, sorgt es während der Nacht für einen geregelten, ruhigen Schlaf. Allerdings ist die richtige Dosierung schwierig und sollte daher unter ärztlicher Aufsicht erfolgen.

Herstellung

Die saure Hydrolyse keratinhaltiger Proteine ergibt nach der Neutralisation ein Proteinhydrolysat, das aus den etwa 20 proteinogenen α-Aminosäuren besteht. Daraus lässt sich eine L-Cystein- und L-Tyrosin-reiche Fraktion einfach durch Abtrennung der gut wasserlöslichen Aminosäuren gewinnen, da L-Cystein- und L-Tyrosin sich nur wenig in Wasser lösen. Bis heute wird L-Tyrosin nach dieser einfachen Trennmethode kommerziell gewonnen.[14]

Literatur

  • Berg/Tymoczko/Stryer: Biochemie, 5. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag GmbH Heidelberg 2003, ISBN 3-8274-1303-6.

Weblinks

 Commons: Tyrosin – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Vorlage:Commonscat/WikiData/Difference

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Hermann Römpp, Jürgen Falbe und Manfred Regitz: Römpp Lexikon Chemie. 9. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1992.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Datenblatt Tyrosin bei Merck, abgerufen am 13. März 2010.
  3. 3,0 3,1 F.A. Carey: Organic Chemistry, 5th edition, The McGraw Companies 2001, S. 1059, Link
  4. 4,0 4,1 Hans-Dieter Jakubke und Hans Jeschkeit: Aminosäuren, Peptide, Proteine, Verlag Chemie, Weinheim 1982, ISBN 3-527-25892-2, S. 40.
  5. Tyrosin. In: DrugBank
  6. Nährstoffdatenbank des US-Landwirtschaftsministeriums, 23. Ausgabe
  7. Eintrag im ExPASy Proteomics Server: EC 1.14.16.1
  8. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemie. 6. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Elsevier GmbH, München 2007; S. 747f, 773ff; ISBN 978-3-8274-1800-5.
  9. A. W. Abu-Qare und M. B. Abou-Donia: Biomarkers of apoptosis: release of cytochrome c, activation of caspase-3, induction of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, increased 3-nitrotyrosine, and alteration of p53 gene, in: J Toxicol Environ Health B Crit Rev, 2001, 4, S. 313–332; PMID 11503418.
  10. Eintrag im ExPASy Proteomics Server: EC 2.6.1.5
  11. Eintrag im ExPASy Proteomics Server: EC 1.13.11.27
  12. Eintrag im ExPASy Proteomics Server: EC 1.13.11.5
  13. Eintrag im ExPASy Proteomics Server: EC 5.2.1.2
  14. Yoshiharu Izumi, Ichiro Chibata und Tamio Itoh: Herstellung und Verwendung von Aminosäuren, in: Angewandte Chemie, 1978, 90, S. 187–194, doi:10.1002/ange.19780900307.